基于BIM技术的马鞍形体育馆多向劲性结构梁柱复杂节点施工

基于BIM技术的马鞍形体育馆多向劲性结构梁柱复杂节点施
工
郑超;彭影星
【摘要】苏州工业园区体育中心的马鞍形体育馆整体施工弧形多、梁密集,且其钢结构屋盖的28个V柱支座和56根摇摆柱的多向劲性结构梁柱节点施工复杂.为此,利用BIM技术对基座进行了模拟,成功地解决了复杂节点部位的钢筋排布、支座埋件与钢筋处理等难题.相对于传统施工技术总是在实际问题出现后才通过修改图纸以保证施工顺利进行而言,该方法更加高效,且施工质量也得到了保证,大大降低了返工率.
【期刊名称】《建筑施工》
【年(卷),期】2017(039)010
【总页数】3页(P1490-1492)
【关键词】马鞍形体育馆;多向劲性结构;梁柱复杂节点;BIM技术;钢筋排布
【作者】郑超;彭影星
【作者单位】中建八局第三建设有限公司江苏南京 210046;中建八局第三建设有限公司江苏南京 210046
【正文语种】中文
【中图分类】TU17
1 工程概况
苏州工业园区体育中心体育馆（图1）位于苏州工业园区中新大道与星塘街交汇处，建筑面积62 000 m2，局部地下1层，地上6层，采用混凝土劲性结构＋钢结构
屋盖，马鞍形双曲钢结构金属屋面支承在混凝土结构顶部，混凝土结构周圈是钢结构幕墙体系。

体育馆整体施工弧形多，梁密集，钢结构屋盖28个V柱支座和56
根摇摆柱基座多向劲性结构梁柱节点施工复杂[1-2]。

2 施工技术特点
图1 工程效果图
针对体育馆劲性钢结构连接板焊接、锚固连接施工顺序以及梁柱水平、竖向、多向、多层钢筋的先后施工顺序的矛盾，经过项目技术人员对体育馆施工的分析讨论，通过BIM技术的三维可视化及碰撞检测运用实施，同时不断地进行创新总结，从根
本上解决了复杂部位的施工难题。

该技术的应用主要根据二维CAD设计图纸，预先对工程复杂节点进行建筑结构信息模拟，制作成设计模型。

再通过碰撞检测，检查节点处的钢筋排布以及与劲性结构连接板焊接、锚固连接等的相互关系，从而确定相互之间的施工顺序及排布方式，并对设计模型进行优化，生成施工模型。

然后根据施工模型得到钢筋连接方式及制作的最优选择，同时对图纸进行优化，在满足施工质量安全的同时使施工更加高效。

最后根据模型中钢筋调整后的结果进行放样下料，在降低材料放样下料难度的同时，使得施工更加便捷。

该施工技术的主要特点表现在以下方面：
1）通过BIM软件的运用，使体育馆劲性钢结构连接板焊接、锚固连接，以及梁柱复杂节点的水平、竖向、多向和多层纵向钢筋的施工顺序更加合理，并对相应部位的施工进行了预控。

2）应用BIM技术对复杂节点处的大量钢筋进行碰撞检查，提前避免了返工现象，节约了成本，提高了施工效率。

3）在BIM模拟明确施工顺序的基础上，进行多种钢筋连接方式的综合选择，使施工质量及结构安全得到了保证。

4）运用BIM技术碰撞检查的功能，可以在施工前进行图纸优化的工作，在满足各方需求的同时，使施工更合理、优质，工期也得到了保证。

3 施工工艺流程及操作要点
3.1 工艺流程
复杂节点确定→节点BIM设计模型绘制→碰撞检测→确定节点处劲性结构各要素
构造及钢筋排布次序等→对设计模型进行调整，生成施工模型→依据施工模型，确定钢筋连接方式的最终选择，并对钢筋进行放样下料，同时确定施工顺序、优化施工图纸→进行复杂节点施工
3.2 操作要点
3.2.1 施工准备
1）熟悉设计图纸，图纸会审、洽商记录等与设计有关的技术文件，充分了解施工过程的重、难点。

2）结合现场实际，编制合理可行的施工技术方案，并对现场施工人员进行全面的施工技术交底及安全交底，明确各岗位职责、施工程序、工艺流程与控制要求以及施工需要注意的事项。

3）根据现场实际，成立BIM工作小组，紧密联系现场，完成相关节点的深化工作。

3.2.2 复杂节点的确定
在充分了解体育场馆多向劲性结构体系的基础上，对施工复杂的梁柱节点进行梳理统计，确定将对施工造成难度的节点并进行标识。

马鞍形体育馆多向复杂节点位于钢结构V柱劲性支座及摇摆柱支座处（图2、图3）。

V柱劲性支座处有劲性结构
柱、多向结构梁交汇，而摇摆柱支座处有径向梁，弧形梁、看台梁、看台斜柱交汇，导致此2处钢筋排布密集，施工顺序极为重要，另外，还受钢结构V柱支座型钢
柱顶、摇摆柱支座埋件的影响，施工难度极大。

图2 V柱劲性支座复杂节点平面示意
图3 摇摆柱支座复杂节点平面示意
3.2.3 节点BIM设计模型的绘制
根据梳理统计好的复杂节点，采用BIM软件Autodesk Revit Architecture 2014进行建模模拟，并依据施工规范对节点钢筋进行合理排布，利用BIM软件进行设
计模型绘制（图4～图7）。

图4 V柱劲性支座结构
图5 V柱劲性支座钢筋排布
图6 摇摆柱支座结构
图7 摇摆柱支座钢筋排布
3.2.4 碰撞检测
设计模型建立完成后，利用BIM技术对该处节点进行碰撞检查，检查内容包括对
象的名称、类型、材质及截面，最为重要的是碰撞的位置及数量。

碰撞实体在模型中会高亮显示出来，很容易就可以发现影响实际施工的碰撞点并输出碰撞报告。

3.2.5 确定劲性结构各要素尤其是钢筋排布次序
碰撞问题出现后，及时跟设计单位沟通，在保证满足规范要求的同时，将节点的构造及施工顺序进行适当且可行的调整。

1）钢结构摇摆柱支座埋件下有十字抗剪件，抗剪件高200 mm、长500 mm。

4根锚筋为φ25 mm×450 mm。

柱下箍筋在抗剪件部位难以穿过，经与设计沟通，拟对埋件进行深化，在抗剪件上进行开孔以增加拉筋，埋件上部钢板开4个排气孔。

2）V柱劲性支座、摇摆柱支座斜柱主筋与梁主筋有碰撞现象，通过模型微调，弧形梁能穿过的钢筋尽量穿过节点，使该节点处锚固的钢筋尽可能少。

3）改变劲性结构柱与楼层框架梁、看台斜柱、弧形梁、径向看台斜梁钢筋的安装顺序，按照从下往上的钢筋排布进行，对于劲性斜柱主筋，可在不违反规范规定的情况下调整主筋弯锚的相对位置。

4）V柱劲性支座处钢筋与劲性钢柱进行焊接，预留搭接长度进行焊接钢筋放样下料。

3.2.6 对设计模型进行调整生成施工模型
在确定了劲性结构各要素调整措施以及节点钢筋排布顺序后，对原先的BIM设计模型进行相应调整，以此来契合现场实际施工模拟。

1）确定钢筋连接方式。

通过BIM模拟，复杂节点弧形梁钢筋排布、摇摆柱基座斜柱两侧弧形梁钢筋在弧度允许的情况下，尽可能采用机械连接或焊接的连接方式，斜柱及径向看台斜梁钢筋避免在节点附近搭接以及焊接，尽量减少复杂节点钢筋容量；V柱支座劲性钢柱节点处结构梁钢筋依据BIM模型进行放样下料，与钢柱进行焊接并预留搭接长度，达到预先处理该处节点复杂钢筋排布的目的。

2）依据施工模型对钢筋进行放样下料。

对于弧形的体育场馆结构，弧形钢筋的弧度不尽相同，依据调整好的BIM施工模型，1∶1还原现场施工工况，对不同弧度的钢筋进行有针对性地放样及下料，在复杂节点处精准放样；劲性柱支座处结构梁的钢筋依据BIM模型进行下料，预留焊接搭接长度。

3）确定施工顺序，优化施工图纸。

对劲性柱、结构斜柱、弧形梁、径向看台梁钢筋的施工顺序进行确定，对原设计中不合理之处进行优化，原则是在规范允许范围内进行钢筋及节点处各因素的优化，并经设计确认。

3.2.7 进行复杂节点施工
依据BIM施工模型，在解决碰撞问题、确定钢筋连接方式、对特殊部位的钢筋进
行特别放样下料、优化施工图纸这一系列工作后，根据现场实际情况进行复杂节点的施工，对施工过程进行严格管控。

对梳理统计的每一处节点进行建模，依据模型依次施工，保证了复杂节点处的质量和结构安全。

4 施工中应注意的问题
为确保该施工技术能达到预期成效，我们根据现场的施工工况，对该技术施工过程中需要注意的事项提出以下要求[3-4]：
1）成立BIM工作小组，结合现场工期，集中进行BIM模型绘制。

2）利用BIM模型进行复杂节点部位的钢筋放样制作，每一处都单独下料、单独编号。

钢筋加工完后，与BIM模型匹配、复核，确保无误。

3）严格按照模型确定的施工顺序及排布要求进行施工，增加现场复核工作，将误差降到最低。

4）加强对物资供应商的监督考核，把BIM模型交予物资供应商匹配，保证劲性柱连接板、埋件深化尺寸型号等无误。

5）对现场施工班组进行详细交底，并将BIM模型交予现场班组，严格按照模型施工。

6）坚决履行交接检制度，验收不合格时，不允许进入下一道工序。

5 实施效果
通过本施工技术的实施，采用BIM模型来确定节点部位各构件的施工顺序及钢筋的排布顺序，使得钢筋可以顺利地进行放样制作，提高了工程的施工效率。

同时，钢筋排布及下料全部依据BIM模型进行，减少了现场返工的工作量，提高了复杂节点部位的一次施工质量。

最终，全部复杂节点均一次施工成型，材料损耗率以及人工返工率极低。

经此设计方案优化和施工工艺优化，带来约48万元的经济效益，同时，此技术的
应用也得到了业主、监理的一致好评，使施工的质量管理工作得到全面提升，取得了很好的社会效益。

6 结语
本施工技术成功地解决了苏州工业园区体育中心体育馆多向劲性结构梁柱复杂节点施工的难题，运用BIM深化及模拟技术进行施工模拟，演示并确定梁柱水平、竖向、多向及多层钢筋的先后施工顺序；同时在BIM模拟、明确施工顺序的基础上，进行多种钢筋连接方式的综合选择，使得复杂梁柱节点的钢筋工程、混凝土工程施工质量得以保证，确保了结构安全及质量要求，满足了建筑使用功能要求，达到了预期效果。

参考文献
【相关文献】
[1] 张学斌.BIM技术在杭州奥体中心主体育场项目设计中的应用[J].土木建筑工程信息技
术,2010,2(4):50-54.
[2] 李小玥,徐双全,陈正立.杭州奥体中心主体育场工程关键施工技术[J].施工技术,2016,45(9):41-45,92.
[3] 彭万军,陈洪根.大型劲性混凝土斜交网格柱结构施工关键技术[J].建筑施工,2015,37(3):336-339.
[4] 吴欣然,沈小璞.基于BIM技术的型钢混凝土梁柱节点模拟分析与实践[J].江西建材,2016(6):106-107.。